焦耳的实验：重物下落搅拌水

实验目的

观察机械功使水温升高的过程，理解做功可以改变物体的内能。

实验原理

在绝热条件下，重物下落减少的重力势能通过叶片搅拌转化为水的内能，使水温升高，即 ΔU = W。焦耳测出所做的功和水升高的温度，求得热功当量，现在公认 1 cal = 4.184 J。

实验器材

• 绝热容器（量热器）
• 水
• 带叶片的搅拌装置
• 重物、滑轮和细绳
• 温度计

实验步骤

1. 观察装置：重物、滑轮、叶片和盛水的绝热容器。
2. 记录水的初始温度和重物的起始高度。
3. 让重物缓慢下落，带动叶片搅拌水。
4. 把重物重新提起，再次下落，重复多次。
5. 记录水的末温，比较重物所做的功与水温变化。

实验现象与结论

重物每次下落，叶片搅拌水，水温逐渐升高，重复次数越多，温度升得越高。表明在绝热过程中，外界对系统做功使系统内能增加，机械功可以转化为内能。

注意事项

• 实验中容器要绝热，减少散热对结果的影响

常见问题

焦耳的实验说明了什么？

说明做功可以改变系统的内能，功和热可以相互转化，并能测出热功当量。

为什么容器必须绝热？

避免与外界发生热传递，使水温升高只来自做功。